能量与物理学

能量的概念深入到物理学的每个知识领域。能量的转换和守恒像一条线索一样把整个物理学联系起来。只有从中学物理知识结构的角度来看，能量概念的普遍性和能量知识的枢纽地位才得以充分展现。在力学中，能量形式包括动能、弹性势能和重力势能，统称为机械能。它们的传递和转化是用(机械)功来衡量的，因此有转化定律，如动能定理和函数定理。能量守恒定律在纯力学过程中以机械能守恒定律的形式出现。在热力学中，能量形式向内能做功的膨胀和与分子热运动相对应的热传递是改变物体内能的两种方式。(广义)功和热是物理量内能的变化与功和热的变化之间的定量关系，分别对应于两种方式，遵循热力学第一定律，该定律是热力学过程中能量守恒的一般规律的表达。在电学中，首先是静电势能，它与机械势能相当。静电势能的变化对应于电场力的功(保守力的功)。静电场中电荷的运动总是符合能量守恒定律。当电流在闭合电路中工作时，电能和其他形式的能量相互转化。这种转化过程是以能量守恒为前提的。法拉第电磁感应定律是电磁感应现象中能量守恒定律的表述。机械波和电磁波是能量的载体。它们都传输能量驻波。因为驻波不传递能量，所以有一种观点认为驻波不是声波，而是机械波。与生命密切相关的声强表示声能的强度。在超声波和次声的许多应用中，也使用它们的能量特性。光波是电磁波。激光的一个特点是它能将高能量集中在细光束中，这使它在各种应用中发挥重要作用。现代物理学知识的简介也围绕能量展开，如核外电子的能级跃迁、核反应中的质能关系、核能的释放和利用等。能源危机已经成为当今社会的一个严重问题。介绍能源知识，如旧能源的利用、新能源的开发、节能等课题，显然属于“纯”能源知识。总之，能源知识在现代物理教科书中的比重越来越大。能量守恒定律贯穿于这些知识之中，将物理学的各个部分联系起来，将物理学与其他自然科学和技术科学联系起来，探索和准确掌握这些知识的内涵和相关物理定律的内在联系，并在教学的各个方面合理地反映出来，对提高教学质量至关重要。